Clasificacion geoquímica de goldschmidt

Cristalografía– Ingeniería de Minas
CLASIFICACION GEOQUÍMICA DE GOLDSCHMIDT
V.M. Goldschmidt dedicó su carrera en geoquímica al estudio de la distribución
de los elementos en la Tierra, así como al intento de formular una serie de leyes
mediante las cuales la distribución de los elementos en la Tierra pudiera ser explicada.
En el capítulo sobre la distribución de elementos en las rocas ígneas y
minerales, específicamente en la sección sobre la distribución de elementos traza, se
comentó que ciertos elementos, aun cuando su abundancia en la corteza terrestre es
muy baja, forman cantidades de minerales que pueden llegar a ser explotados,
mientras que otros elementos que son más abundantes en la corteza, nunca o
raramente, forman sus propios minerales.
V.M. Goldschmidt dedicó su carrera en geoquímica al estudio de la distribución
de los elementos en la Tierra, así como al intento de formular una serie de leyes
mediante las cuales la distribución de los elementos en la Tierra pudiera ser explicada.
El planteamiento que hizo Goldschmidt sobre el problema de la distribución de
elementos, se basó en la idea de que la distribución primaria o inicial de los elementos
en nuestro planeta, probablemente tuvo lugar durante o poco tiempo después del
tiempo de formación de la Tierra Primitiva.
En su historia más temprana, la Tierra estuvo fundida y basándose en la
composición de meteoritos, que pueden ser divididos en tres grupos mayores, de
hierro--níquel, de troilita (FeS) y de silicatos, Goldschmidt dedujo que el enfriamiento
del planeta tuvo lugar en tres fases separadas:
Una fase de metales; una fase de sulfuros y una fase de silicatos.

Los resultados de sus estudios mostraron que la distribución de elementos en
los meteoritos, en productos de fundición, en rocas naturales, en depósitos de
sulfuros y en el tan raro fierro nativo terrestre, concordaba todos razonablemente
bien, y concluyó que los elementos pueden ser clasificados en función de su afinidad
geoquímica:
1) Siderófilos: con afinidad por el fierro; concentrados en el núcleo de la tierra.
2) Calcófilos: con afinidad al azufre; concentrados en sulfuros.
3) Litófilos: con afinidad por los silicatos; concentrados en la Corteza Terrestre.
4) Atmófilos: como gases en la atmósfera.
La tabla II.6 ilustra esquemáticamente el agrupamiento de los elementos de
Goldschmidt. Cabe hacer notar que algunos elementos tienen características
comunes de dos grupos. Por ejemplo, el oro es principalmente siderófilo, pero a
menudo ocurre con sulfuros (calcófilo). El cromio es fuertemente litófilo en la corteza

terrestre, pero si se tiene deficiencia de oxígeno, como en algunos meteoritos,
es calcófilo y puede formar un sulfuro de Fe - Cr (daubreelita, FeCrS4).
El agrupamiento de la tabla II.6 es una indicador cualitativo aproximado de las
asociaciones naturales, y ofrece explicaciones parciales para ciertos fenómenos, tales
como la escasez de metales del grupo del platino y el oro en la corteza terrestre, ya
que su afinidad geoquímica indica que esos elementos son siderófilos, y por lo tanto,
están concentrados en el núcleo de la Tierra.
El carácter geoquímico de un elemento y su posición en la tabla periódica,
puede ser correlacionado con el tipo de enlace químico que este elemento prefiere.
Los enlaces iónico, metálico y covalente están relacionados en forma general a los
grupos litófilo, siderófilo y calcófilo respectivamente.
Los elementos litófilos ionizan fácilmente y tienden a formar o a estar asociados
con silicatos, en los que se encuentra el enlace iónico (transferencia de electrones
como en cloruro de sodio), los elementos calcófilos forman enlaces covalentes
(participación de electrones como en el caso de la esfalerita) con sulfuros, o con
selenio o con telurio, si están presentes; los elementos siderófilos normalmente
prefieren el enlace metálico característico de los metales y no tienden a formar
compuestos con el azufre o el oxígeno, lo que explica porque el oro y el platino
comúnmente ocurren como minerales nativos.
Un quinto tipo de afinidad geoquímica reconocido por Goldschmidt es el de los
elementos biófilos, en el que se incluyen aquellos elementos comúnmente
concentrados en organismos, principalmente C, H, O, N, P, S, y Cl, así como ciertos
elementos traza como el vanadio, manganeso, cobre, fierro y boro.
Otros geoquímicos han propuesto diferentes clasificaciones geoquímicas,
aunque usualmente basados en el trabajo de Goldschmidt. La tabla II.7 presenta una
clasificación de Beus y Grigorian, basada en elementos afines únicamente a la
litosfera, que es la parte de la Tierra de mayor interés para la exploración geoquímica.
De esta forma, si el fierro y sus elementos asociados forman un grupo especifico
basado en su abundancia en el núcleo de la Tierra (elementos siderófilos) y si tan solo
consideramos a la litosfera, el fierro y ciertos elementos asociados (V, Cr, Co, Ni, pero
no Au y el grupo del Pt) pueden ser clasificados como un subgrupo de los elementos

oxífilos, en esta clasificación también se utilizan dos categorías adicionales:
Elementos nobles e hidrófilos.
Elementos Litófilos
Litófilos elementos son los que permanecen en o cerca de la superficie, ya que
combinan fácilmente con el oxígeno, formando compuestos que no se hunden en el
núcleo. Los elementos litofilos incluyen: Al, Al, B, Ba, Be, Br, Ca, Cl, Cr, Cs, F, I, Hf, K,
Li, Mg, Na, Nb, O, P, Rb, Sc, Si , Sr, Ta, Tc, Th, Ti, U, V, Y, Zr, W y los lantánidos.
Elementos lithophile consisten principalmente en los metales altamente reactivos de
los s-y f-bloques. También incluyen un pequeño número de los elementos no
metálicos reactivos, y los metales más reactivos del bloque d tal como titanio, circonio
y vanadio. Lithophile deriva de "litos" que significa "roca", y "phile", que significa
"amor".
La mayoría de los elementos litofilos forman iones muy estable con una configuración
electrónica de un gas noble. Los pocos que no lo hacen, como el silicio, fósforo y boro,
forma extremadamente fuertes enlaces covalentes con oxígeno - a menudo con pi
unión. Su fuerte afinidad por el oxígeno hace que los elementos litofilos asociar
fuertemente con sílice, formando relativamente baja densidad de minerales que
tanto flotan a la corteza. Los minerales más solubles formados por los metales
alcalinos tienden a concentrarse en agua de mar o regiones extremadamente áridas
en las que pueden cristalizar. Los elementos litofilos menos solubles se concentran en
los antiguos escudos continentales, donde todos los minerales solubles se han
resistido.
Debido a su gran afinidad por el oxígeno, elementos más litofilos se enriquecen en la
corteza de la Tierra con respecto a su abundancia en el sistema solar. El S-y metales
f-bloque más reactivos, que forman hidruros o bien solución salina o metálica, son
conocidos por ser extraordinariamente enriquecido en la Tierra como un todo con
respecto a sus abundancias solares. Esto es debido a que durante las primeras etapas
de formación de la Tierra la reacción que controla la forma estable de cada elemento
químico era su capacidad para formar compuestos con hidrógeno. En estas
condiciones, el S-y metales f-bloque fueron fuertemente enriquecidas durante la
formación de la Tierra. Los elementos más enriquecidos son rubidio, estroncio y bario,

que en conjunto representan más del 50 por ciento en masa de todos los
elementos más pesados que el hierro en la corteza terrestre.
Existen en la Tierra en forma de sales iónicas con metales s-bloque en pegmatitas y
agua de mar - Los litófilos no metálicos - fósforo y los halógenos. Con la excepción de
flúor, cuya hidruro de forma enlaces de hidrógeno y por lo tanto es de relativamente
baja volatilidad, estos elementos han tenido sus concentraciones en la Tierra
significativamente reducidos de escape a través de hidruros volátiles durante la
formación de la Tierra. A pesar de que están presentes en la corteza terrestre en
concentraciones muy cerca de sus abundancias solares, fósforo y los halógenos más
pesados son probablemente agotado en gran medida de la Tierra en su conjunto en
relación con sus abundancias solares.
Varios metales de transición, incluyendo el cromo, molibdeno, hierro y manganeso,
muestran tanto lithophile y características siderófilos y se pueden encontrar tanto en
estas dos capas. Aunque estos metales forman fuertes lazos con oxígeno y no se
encuentran en la corteza terrestre en estado libre, se cree muy probable que exista
en el núcleo de la tierra como reliquias de cuando la atmósfera no contenía oxígeno
formas metálicas de estos elementos. Al igual que los siderophiles "puros", estos
elementos se agotan considerablemente en la corteza con relación a sus abundancias
solares.
Debido a su gran afinidad por el oxígeno, metales litofilos, a pesar de que constituyen
el grueso de los elementos metálicos de la corteza de la Tierra, no se disponía de los
metales libres antes del desarrollo de la electrólisis. Con este desarrollo, muchos
metales litofilos son de considerable valor como metales estructurales o como
agentes reductores.
El proceso de fundición de estos metales es muy intensiva en energía. Con las
emisiones de gases de efecto invernadero se sospecha que contribuyen al cambio
climático, el uso de estos elementos como los metales industriales se pone en duda,
a pesar del agotamiento de los metales chalcophile más raras y menos reactiva
dejando pocos sustitutos.
El fósforo no metálicos y los halógenos tampoco se sabía que los primeros químicos,
aunque la producción de estos elementos es menos difícil que de litófilos metálicos
ya la electrólisis se requiere únicamente con flúor. El cloro elemental es

particularmente importante como un agente oxidante - por lo general está
hecho por electrólisis de cloruro de sodio.
Elementos Siderófilos
Elementos siderófilos son los metales de transición de alta densidad, que tienden a
hundirse en el núcleo ya que se disuelven fácilmente en el hierro, ya sea como
soluciones sólidas o en el estado fundido.
Los elementos siderófilos incluyen: Au, Co, Fe, Ir, Mn, Mo, Ni, Os, Pd, Pt, Re, Rh y Ru.
La mayoría de los elementos siderófilos tienen prácticamente ninguna afinidad alguna
por oxígeno: en efecto óxidos de oro son termodinámicamente inestable con
respecto a los elementos. Se forman enlaces más fuertes con carbono o azufre, pero
aún no son lo suficientemente fuertes como para separar a los elementos chalcophile.
Por lo tanto, los elementos siderófilos están vinculados a través de enlaces metálicos
con hierro en la capa densa del núcleo de la Tierra, donde las presiones pueden ser lo
suficientemente alta para mantener el sólido hierro. Manganeso, hierro y molibdeno
hacen fuertes lazos de formulario con el oxígeno, pero en estado libre se pueden
mezclar fácilmente con el hierro que no se concentran en la corteza silícea al igual
que los elementos litofilos verdaderos. Sin embargo, los minerales de manganeso se
encuentran en gran parte los mismos sitios que son los de aluminio y titanio debido a
la gran reactividad de manganeso hacia el oxígeno.
Debido a que están tan concentrados en el núcleo denso, elementos siderófilos son
conocidos por su rareza en la corteza terrestre. La mayoría de ellos siempre han sido
conocidos como los metales preciosos debido a esto. Iridium es el metal de transición
más rara que ocurre dentro de la corteza de la Tierra, con una gran cantidad de masa
inferior a una parte por mil millones.
Yacimientos explotables de metales preciosos por lo general se forman como
resultado de la erosión de las rocas ultramáficas, pero no están altamente
concentrados, incluso en comparación con sus abundancias corteza, que son
típicamente varios órdenes de magnitud por debajo de sus abundancias solares. Sin
embargo, debido a que se concentran en el manto y el núcleo, los elementos
siderófilos se cree que estar presente en la Tierra como un todo en algo que se
aproxima a sus abundancias solares.

Elementos Calcófilos
Los elementos chalcophile incluyen: Ag, As, Bi, Cd, Cu, Ga, Ge, Hg, In, Pb, Po, S, Sb, Se,
Sn, Te, Tl y Zn.
Chalcophile elementos son los que permanecen en o cerca de la superficie, ya que
combinan fácilmente con azufre y/o algún otro calcógeno que no sea oxígeno,
formando compuestos que no se hunden en el núcleo.
Elementos chalcophile son aquellos metales y no metales más pesados que tienen
una baja afinidad por el oxígeno y prefieren enlace con el azufre en forma de sulfuros
altamente insolubles. Chalcophile deriva de khalks griego, que significa "mineral", y
se considera que significa "calcógeno amante" por varias fuentes.
Debido a que estos sulfuros son mucho más denso que los minerales de silicato
formados por elementos litofilos, elementos chalcophile separados por debajo de los
litófilos en el momento de la primera cristalización de la corteza terrestre. Esto ha
dado lugar a su agotamiento en la corteza de la Tierra con respecto a sus abundancias
solares, sin embargo porque los minerales que se forman son metálicos, esta
disminución no ha alcanzado los niveles que se encuentran con elementos siderófilos.
Sin embargo, debido a que forman hidruros volátiles de la Tierra primitiva, cuando la
reacción redox de control era la oxidación o reducción de hidrógeno, los elementos
chalcophile menos metálicos están muy agotados en la Tierra en su conjunto en
relación con las abundancias cósmicas. Esto es especialmente cierto en el calcógenos
selenio y teluro, que por esta razón se encuentran entre los elementos más raros que
se encuentran en la corteza terrestre.
Los elementos más chalcophile metálicos pueden mezclarse en cierta medida con el
hierro en el núcleo terrestre. Ellos no son susceptibles de ser agotado en la Tierra
como un todo con respecto a sus abundancias solares, ya que no forman hidruros
volátiles. Zinc y galio son algo "lithophile" en la naturaleza, ya que a menudo se
producen en minerales de silicato o relacionados y forman lazos muy fuertes con el
oxígeno. Galio, sobre todo, es de origen principalmente de la bauxita, un mineral de
hidróxido de aluminio en el que iones de galio sustitutos para el aluminio
químicamente similar.

Aunque ningún elemento chalcophile es de gran abundancia en la corteza
terrestre, los elementos chalcophile constituyen la mayor parte de los metales
comercialmente importantes. Esto se debe a que, mientras que los elementos litofilos
requieren la electrólisis de alto consumo energético para la extracción, chalcophiles
pueden ser fácilmente extraídos por reducción con coca cola, y la concentración
geoquímica chalcophiles '- que en casos extremos puede exceder de 100.000 veces
promedio de abundancia en la corteza. Estos grandes enriquecimientos ocurren en
altas mesetas como la meseta del Tíbet y el altiplano boliviano, donde grandes
cantidades de elementos chalcophile se han levantado a través de colisiones de las
placas.
Un efecto secundario de esta en los tiempos modernos es que los chalcophiles más
raras son tan completamente explotados que su valor como minerales ha
desaparecido casi por completo.
Elementos Atmophile
Los elementos atmophile son: H, C, N y los gases nobles.
Atmophile elementos se definen como aquellos que permanecen principalmente en
o por encima de la superficie, ya que son, o se producen en, líquidos y/o gases a
temperaturas y presiones que se encuentran en la superficie. Los gases nobles no
forman compuestos estables y se producen en forma de gases monoatómicos,
mientras nitrógeno, a pesar de que no tiene una configuración estable para sus
átomos individuales, forma una molécula diatómica tan fuerte que todos los óxidos
de nitrógeno son termodinámicamente inestable con respecto a nitrógeno y oxígeno
. Por lo tanto, con el desarrollo de oxígeno libre a través de la fotosíntesis, el amoníaco
se oxida a nitrógeno molecular, que ha llegado a formar cuatro quintas partes de la
atmósfera de la Tierra.
El carbono también se clasifica como un atmophile porque forma muy fuertes
múltiples enlaces con el oxígeno en el monóxido de carbono y dióxido de carbono.
Este último es el constituyente cuarto-más grande de la atmósfera de la Tierra,
monóxido de carbono, mientras que se produce de forma natural en volcanes y tiene
un tiempo de residencia en la atmósfera de unos pocos meses.

El hidrógeno, que se produce en el agua compuesto, también se clasifica como
un atmophile.
Del agua se clasifica como un volátil, porque la mayor parte de ella es líquido o gas, a
pesar de que no existe como un compuesto sólido en la superficie.
Debido a que todos los elementos atmophile son o bien los gases o forman hidruros
volátiles, elementos atmophile están fuertemente empobrecido en la tierra como un
todo con respecto a sus abundancias solares debido a las pérdidas de la atmósfera
durante la formación de la Tierra. Los gases nobles más pesados son los elementos
estables más raros en la Tierra

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